農學類專業《生物信息學》課程教學改革探討

穆平　王春華

摘 要：《生物信息學》作為采用數學和計算機技術研究生命科學中各種生物信息采集、儲存、傳遞、檢索、分析和解讀等的一門學科，是現代生命科學與信息學、計算機科學和數學等學科相互滲透和高度交叉形成的新興邊緣學科。在《生物信息學》教學過程中，應及時向學生講授生物信息學的新進展和國內外生物信息學的最新發展動態。該文從生物信息學的教學內容、教學方法等方面對生物信息學教學改革進行了探討。

關鍵詞：生物信息；基因組；教學方法

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）20-124-02

生物信息學是在生物學相關信息量的革命性爆炸背景下發展起來的綜合運用生物學、數學、物理學、信息科學以及計算機科學等諸多學科的理論方法的一門嶄新的交叉學科。它以計算機為工具，利用各種由數學和統計學建立的算法和模型，對生物學數據進行檢索、處理和分析來闡明大量生物數據所包含的生物學意義。具體而言，生物信息學是把基因組DNA序列信息分析作為源頭，找到基因組序列中代表蛋白質和RNA基因的編碼區，闡明非編碼區的信息實質，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語文規律；同時歸納整理與基因組遺傳語文信息釋放及其調控相關的轉錄譜和蛋白質譜數據，從而認識生物代謝、發育、分化、進化的規律。通過對基因信息和蛋白質結構等規律的認識，發展相應的算法和軟件，進行分子藥物設計以及藥物基因組研究。

作為一門正在迅速發展的學科，生物信息學參透到了生命科學的各個領域。同時，隨著生命科學的研究的深入，將會有更多的相關學科融入到生物信息學中去，使其成為一門集眾多學科而成的交叉學科。隨著生物信息學的快速發展，我國許多高校和研究機構都設立了生物信息學專業，開展生物信息學的科研和人才培養工作。因此，在《生物信息學》教學過程中，應及時向學生講授生物信息學的新進展和國內外生物信息學發展動態，以促進農學類專業學生的專業學習和科研工作。

1 根據專業需求調整教學目標

教學目標主要有以下幾點：使學生掌握如何挖掘因特網生物資源，并運用到自己的學習和科研中去；建立并管理生物文獻，學會有效閱讀科技論文，并能對某一課題進行綜述寫作；掌握重要的生物大分子數據庫的文件格式和檢索方法，掌握生物信息學分析的基本工具使用方法。

2 不斷豐富教學內容

生物信息學的教學內容主要包括生物信息學的內涵，生物信息數據庫及其查詢，序列比對，數據庫搜索，核酸和蛋白質結構與功能的預測分析，基因組信息等，分子進化、分子藥物設計等內容。我校已經建立了較為完善的多媒體課件和內容全面的講稿，教案等教學基本材料。課堂教學以多媒體教學為主，上機實驗要求學生熟悉常用的生物信息數據庫，熟練掌握數據庫查詢，數據庫搜索等基本功能。并且掌握利用生物信息學工具分析實驗結果的能力。

2.1 根據學科發展不斷豐富教學內容 由于生物信息學是一門不斷發展的學科，國內各個學校開設課程的內容有較大差別。在了解其他學校教學內容的基礎上，結合我校專業特點重點加強以下幾個方面內容的教學：（1）生物信息學資源方面，針對農學類專業學生特點，在生物信息數據庫及其查詢部分加強基因組數據庫、禾本科數據庫（Gramene、MaizeGDB）等數據庫的學習。（2）對于數據庫查詢部分，重點培養學生實際操作能力。序列比對和數據庫搜索部分要求學生掌握雙序列比對和多序列比對的原理以及對比對結果的解釋的能力，核酸、蛋白質結構和功能預測、基因組分析、分子進化、分子藥物設計等內容重點要求學生掌握一些重要軟件的應用能力。

2.2 根據學生需要及時調整教學內容 由于生物信息學發展日新月異，教學內容也要及時更新。因此，每上完一個年級的課程要做好以下2個方面的工作。一是根據生物信息學的發展，及時更新教學內容。比如，在生物信息學數據庫、生物信息學軟件的應用等方面，做到每學期更新一次，在生物信息學基本理論、算法方面，及時掌握最新研究進展，及時向學生介紹這方面的最新動向。二是課程結束后，及時向學生征求意見，根據學生反饋意見不斷改進教學內容和教學方法。

3 不斷完善教學方法

生物信息學課堂教學的主要任務是使學生理解生物信息學的基本原理、方法和生物信息學的分析方法。課堂教學主要采用多媒體授課，幾年來筆者根據課程改革要求，不斷調整教學內容，自制了多媒體課件。在生物信息學基本知識、基本理論的教學過程中，通過高質量的多媒體課件演示，使學生對生物信息學知識有了比較形象的了解，增加了學生的學習興趣。在生物信息學資源、生物信息數據庫教學方面，充分利用網絡資源和互聯網上的分析工具和資源，通過課堂演示和學生上機實驗相結合，增強了學生自主獲取知識的能力。

3.1 理論教學與實驗教學相結合 由于生物信息學是一門集數學、計算機、分子生物學等學科的交叉學科，對于農學類專業的學生，其主要任務是理解生物信息學中的數學原理，應用于解決生物學實驗過程中的數據處理、信息分析、功能預測等任務。實驗教學主要是利用計算機和網絡資源，培養學生利用生物信息學資源和常用軟件進行生物信息分析的能力。要求學生通過上機實習，掌握常用的數據庫查詢、數據庫搜索的能力，熟練掌握網上進行核酸和蛋白質序列比隊的方法和對比對結果的分析的能力。基本掌握了常用的聚類分析、基因組分析、QTL作圖等常用分子生物學軟件的能力。

3.2 課程學習與科研訓練相結合 在教學過程中，注重把課程內容與學生的實際相結合，增強學生利用生物信息學知識解決實際問題的能力，在課程進程中有意識把生物信息資源和數據庫這部分內容與學生的科研訓練和課程論文寫作聯系起來，指導學生如何查詢與自己科研訓練內容相關的文獻、國內外研究進展等內容，做到課程學習促進科研訓練和課程論文寫作，增強學生利用網絡資源解決實際問題的能力。

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（責編：張宏民）